CN103906896B - 用于燃气涡轮发动机的护罩设备 - Google Patents

Abstract

一种用于燃气涡轮发动机的护罩设备包括：环形护罩节段(26)，其具有限定弓形内部流径表面(62)的弓形底壁(52)、从底壁(52)沿径向向外延伸的间隔开的前壁和后壁(54，56)，以及从底壁(52)沿径向向外延伸且在前壁和后壁(54，56)之间延伸的间隔开的侧壁(58)，各个侧壁(58)限定端面(74)，端面(74)包括：沿着端面(74)沿大体轴向方向延伸的轴向槽口(76)；沿着端面(74)沿大体径向方向延伸且与轴向槽口(76)相交的第一径向槽口(78)；接收在轴向槽口(76)中的轴向花键密封件(82)；以及具有L形的第一径向花键密封件(84)，其具有径向和轴向支腿(88，90)，径向支腿(88)基本上比轴向支腿(90)更长，其中，径向支腿(88)接收在第一径向槽口(78)中，并且轴向支腿接收在轴向槽口(76)中。

Description

用于燃气涡轮发动机的护罩设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年11月6日提交的临时专利申请No. 61/556,270的权益。

关于联邦赞助研究和开发的声明

按照陆军部授予的合同No. W911W6-07-2-0002，美国政府可对本发明具有某些权利。

技术领域

本发明大体涉及燃气涡轮发动机，并且更特别地，涉及用于密封此类发动机中的涡轮护罩的设备和方法。

背景技术

典型的燃气涡轮发动机包括涡轮机核心，该涡轮机核心具有成串联流关系的压缩机、燃烧器和涡轮。核心能够按已知方式运行，以产生一次气体流。涡轮包括一个或多个转子，其从一次气体流中提取能量。各个转子包括由旋转盘承载的成环形阵列的叶片或轮叶。通过转子的流径部分地由护罩限定，该护罩是界定叶片或轮叶的末端的固定结构。这些构件在温度非常高的环境中运行，并且必须由空气流冷却，以确保足够的使用寿命。典型地，用于冷却的空气从压缩机中抽出(吹出)。使用吹出的空气会不利地影响比燃料消耗量(“SFC”)，并且一般应当最小化使用吹出的空气。

涡轮护罩典型地包括成环形或阵列的并排弓形节段。必须最小化相邻节段之间的泄漏，以便满足发动机性能要求，同时对硬件提供充分的冷却。通常使用花键密封件来实现这一点，该花键密封件是桥接相邻护罩节段之间的间隙的小金属条。多个花键密封件通常沿轴向和径向方向定位在相交的槽口中。为了减少两个垂直密封件的接口处的泄漏，有时使用具有L形的密封件(“L形密封件”)来截断密封槽口中的斜道流。L形密封件较小且不易组装，并且增加护罩组件所需的部件的数量。

因此，存在对防止护罩密封槽口的相交部处的泄漏且易于组装的花键密封件的需要。

发明内容

本发明解决了该需要，本发明提供不对称的L形密封件。

根据本发明的一方面，一种用于燃气涡轮发动机的护罩设备包括：环形护罩节段，其具有限定弓形内部流径表面的弓形底壁、从底壁沿径向向外延伸的间隔开的前壁和后壁，以及从底壁沿径向向外延伸且在前壁和后壁之间延伸的间隔开的侧壁，各个侧壁限定端面，端面包括：沿着端面沿大体轴向方向延伸的轴向槽口；第一径向槽口，其沿着端面沿大体径向方向延伸，并且与轴向槽口相交：接收在轴向槽口中的轴向花键密封件；以及第一径向花键密封件，其具有L形，具有径向和轴向支腿，径向支腿基本上比轴向支腿更长，其中，径向支腿接收在第一径向槽口中，并且轴向支腿接收在轴向槽口中。

根据本发明的另一方面，一种用于燃气涡轮发动机的护罩设备包括：成环形阵列的弓形护罩节段，护罩节段中的各个具有限定弓形内部流径表面的弓形底壁、从底壁沿径向向外延伸的间隔开的前壁和后壁，以及从底壁沿径向向外延伸且在前壁和后壁之间延伸的间隔开的侧壁，各个侧壁限定端面，护罩节段布置成使得在相邻护罩节段的端面之间存在间隙；其中，各个端面包括：沿着端面沿大体轴向方向延伸的轴向槽口；第一径向槽口，其沿着端面沿大体径向方向延伸，并且与轴向槽口相交；多个轴向花键密封件，各个轴向花键密封件接收在各对相邻端面的轴向槽口中；多个第一径向花键密封件，各个第一径向花键密封件具有L形，具有径向和轴向支腿，径向支腿基本上比轴向支腿更长，其中，径向支腿接收在各对相邻端面的第一径向槽口中，并且轴向支腿接收在各对相邻端面的轴向槽口中。

附图说明

参照结合附图得到的以下描述，可最佳地理解本发明，其中：

图1是燃气涡轮发动机的涡轮区段的一部分的示意性横截面图，该燃气涡轮发动机结合根据本发明的一方面构建的花键密封件设备；

图2是图1中看到的护罩的示意性透视图；

图3是图1中显示的涡轮区段的一部分的正视立面图；以及

图4是花键密封件设置在其中的护罩节段的一部分的侧视立面图。

具体实施方式

参照附图，其中，相同附图标记遍及各图表示相同元件，图1描绘了气体发生器涡轮10的一部分，气体发生器涡轮10是已知类型的燃气涡轮发动机的一部分。气体发生器涡轮10的功能是从来自上游燃烧器(未显示)的高温加压燃烧气体中抽取能量，并且以已知方式将能量转换成机械功。气体发生器涡轮10通过轴来驱动上游压缩机(未显示)，以便将加压空气供应到燃烧器。

在示出的示例中，发动机是涡轮轴发动机，并且工作涡轮(也被称为动力涡轮)将位于气体发生器涡轮10的下游，并且联接于输出轴。但是，本文描述的原理同样适用于涡轮螺桨发动机、涡轮喷气机、和涡轮风扇发动机，以及用于其它运载工具或者在固定应用中使用的涡轮发动机。

气体发生器涡轮10包括第一级喷嘴12，第一级喷嘴12包括多个沿周向隔开的翼型形中空第一级导叶14，多个沿周向隔开的翼型形中空第一级导叶14支承在弓形的节段式第一级外部带16和弓形的节段式第一级内部带18之间。第一级导叶14、第一级外部带16和第一级内部带18布置到多个沿周向邻接的喷嘴节段中，该多个沿周向邻接的喷嘴节段共同形成完整的360°组件。第一级外部带16和内部带18分别限定用于流过第一级喷嘴12的热气流的外部和内部径向流径边界。第一级导叶14构造成以便将燃烧气体最佳地引导至第一级转子20。

第一级转子20包括成阵列的翼型形第一级涡轮叶片22，成阵列的翼型形第一级涡轮叶片22从第一级盘24向外延伸，第一级盘24围绕发动机的中心线轴线旋转。弓形第一级护罩节段26的环件布置成以便紧密地包围第一级涡轮叶片22，以及从而限定用于流过第一级转子20的热气流的外部径向流径边界。

第二级喷嘴28定位在第一级转子20的下游，并且包括多个沿周向隔开的翼型形中空第二级导叶30，多个沿周向隔开的翼型形中空第二级导叶30支承在弓形的节段式第二级外部带32和弓形的节段式第二级内部带34之间。第二级导叶30、第二级外部带32和第二级内部带34布置到多个沿周向邻接的喷嘴节段中，多个沿周向邻接的喷嘴节段共同形成完整的360°组件。第二级外部带32和内部带34分别限定用于流过第二级涡轮喷嘴34的热气流的外部和内部径向流径边界。第二级导叶30构造成以便将燃烧气体最佳地引导至第二级转子38。

第二级转子38包括成径向阵列的翼型形第二级涡轮叶片40，成径向阵列的翼型形第二级涡轮叶片40从第二级盘42沿径向向外延伸，第二级盘42围绕发动机的中心线轴线旋转。弓形第二级护罩节段44的环件布置成以便紧密地包围第二级涡轮叶片40，以及从而限定用于流过第二级转子38的热气流的外部径向流径边界。

第一级护罩节段26由成阵列的弓形第一级护罩悬挂件46支承，进而由弓形护罩支承件48(例如使用示出的钩、横杆和C形夹)以已知的方式承载成阵列的弓形第一级护罩悬挂件46。第二级护罩节段44由成阵列的弓形第二级护罩悬挂件50支承，进而由护罩支承件48(例如使用示出的钩、横杆和C形夹)以已知的方式承载成阵列的弓形第二级护罩悬挂件50。

图2和3更详细地示出第一级护罩节段26。将理解，虽然第一级护罩节段26和第二级护罩节段44不同，但它们在设计上是相似的。适用于第一级护罩节段26的本发明的原理表示也可如何对第二级护罩节段44实施花键密封件。

各个护罩节段26具有弓形底壁52。从底壁52沿径向向外延伸的相对的前壁54和后壁56，以及一对间隔开的侧壁58，一对间隔开的侧壁58在前壁54和后壁56之间沿轴向延伸。底壁52、前壁54和后壁56和侧壁58共同限定开放式护罩腔体60。

底壁52的沿径向内侧面限定弓形沿径向内部流径表面62。底壁52的外侧面可包括突起的销、肋条、翅片和/或湍流促进器(“湍流器”)，以加强热传递。在图2中显示渐缩的小型针状翅片64。底壁52沿轴向向后延伸经过后壁56，以限定后部凸缘或悬吊部66。弓形前部横杆68从前壁54沿轴向向前延伸，并且弓形后部横杆70沿轴向向后延伸经过后壁56。在示出的示例中，在前部横杆68中形成凹口72，以接收销(未显示)或其它抗旋转特征。

第一级护罩节段26包括由侧壁58限定的相对的端面74(通常也被称为“击打(slash)”面)。端面74可位于平行于发动机的中心线轴线的平面(被称为“径向平面”)中，或者它们可从径向平面略微偏移，或者它们可定向成以便它们与此类径向平面成锐角。当组装成完整的环件时，在相邻护罩节段26的端面74之间存在端部间隙，如图3中的箭头“G”显示的。

各个端面74具有密封槽口，该密封槽口形成到各个端面74中，以接收花键密封件。在示出的示例中，存在沿着底壁52形成的大体沿轴向延伸的轴向槽口76、在后壁56的轴向位置处形成的大体沿径向延伸的前部径向槽口78，以及正好设置在前部径向槽口78的后部的大体沿径向延伸的后部径向槽口80。

花键密封件插入到密封槽口76、78和80中。这些花键密封件呈金属或其它适当的材料的薄平条的形式，并且在大小上设置成接收在密封槽口76、78和80中，并且在安装在发动机中时，具有足以跨越相邻护罩节段26之间的间隙G的宽度。更特别地，笔直的轴向花键密封件82插入到轴向密封槽口76中。前部径向花键密封件84插入到前部径向密封槽口78中，并且后部径向花键密封件86插入到后部径向密封槽口80中。

如在图4中最佳地看到的，前部径向花键密封件84(也可被称为"L形密封件")的横截面大体为"L"形，具有径向支腿88和轴向支腿90。在示出的示例中，径向支腿88的长度为轴向支腿90的长度的大约两倍至三倍。径向支腿88接收在前部径向密封槽口78中，并且轴向支腿90接收在轴向密封槽口76中，使得其抵靠着轴向密封件82。后部径向花键密封件86(其也可被称为“L形密封件”)的横截面大体为"L"形，具有径向支腿92和轴向支腿94。在示出的示例中，径向支腿92的长度是轴向支腿94的长度的大约两倍至三倍。径向支腿92接收在后部径向密封槽口80中，并且轴向支腿94接收在轴向密封槽口76中，使得其抵靠着轴向密封件82。

密封件82、84和86中的各个跨过间隙“G”，并且接收在相邻护罩节段26中的对应槽口中。花键密封件跨过护罩节段18之间的间隙。径向花键密封件84和86在与轴向密封件82共同截停护罩节段26之间的斜道流方面是有效的。

本发明具有优于传统L形密封件的若干优点。不对称L形密封件结合了L形密封件构造的泄漏减少益处以及非L形密封件设计的组装的容易。对于需要L形密封件来满足性能的设计，较少数量的密封件，以及不对称L形密封件大于典型的L形密封件且比其更容易处理，是对组件的目前的备选方案的改进。对于目前没有L形密封件的构造，不对称L形密封件预期在不使组件复杂的情况下减少泄漏。

前述已经描述了用于燃气涡轮发动机的花键密封件设备。虽然已经描述了本发明的特定实施例，但将对本领域技术人员显而易见的是，可对本发明作出各种修改，而不偏离本发明的精神和范围。因此，提供本发明的优选实施例的前述描述和用于实践本发明的最佳模式仅是为了说明，而不是为了限制。

Claims (10)

1.一种用于燃气涡轮发动机的护罩设备，包括：

环形护罩节段，其具有限定弓形内部流径表面的弓形底壁、从所述底壁沿径向向外延伸的间隔开的前壁和后壁，以及从所述底壁沿径向向外延伸且在所述前壁和所述后壁之间延伸的间隔开的侧壁，各个侧壁限定端面；

其中，各个端面包括：

沿着所述端面沿大体轴向方向延伸的轴向槽口；

第一径向槽口，其沿着所述端面沿大体径向方向延伸，并且与所述轴向槽口相交；

接收在所述轴向槽口中的轴向花键密封件；以及

具有L形的第一径向花键密封件，其具有径向和轴向支腿，所述径向支腿基本上比所述轴向支腿更长，其中，所述径向支腿接收在所述第一径向槽口中，并且所述轴向支腿接收在所述轴向槽口中。

2.根据权利要求1所述的护罩设备，其特征在于，各个端面进一步包括：

沿着所述端面沿大体径向方向延伸的第二径向槽口，所述第二径向槽口与所述轴向槽口相交；以及

具有L形的第二径向花键密封件，其具有径向和轴向支腿，所述径向支腿基本上比所述轴向支腿更长，其中，所述径向支腿接收在所述第二径向槽口中，并且所述轴向支腿接收在所述轴向槽口中。

3.根据权利要求1所述的护罩设备，其特征在于，所述轴向槽口沿着所述底壁延伸。

4.根据权利要求1所述的护罩设备，其特征在于，所述第一径向槽口沿着所述后壁延伸。

5.根据权利要求2所述的护罩设备，其特征在于，所述第二径向槽口沿着所述后壁延伸。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述底壁沿轴向向后延伸经过所述后壁，以限定后部悬吊部。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，弓形前部横杆从所述前壁沿轴向向前延伸。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，弓形后部横杆从所述后壁沿轴向向后延伸。

9.一种用于燃气涡轮发动机的护罩设备，包括：

成环形阵列的弓形护罩节段，所述护罩节段中的各个具有限定弓形内部流径表面的弓形底壁、从所述底壁沿径向向外延伸的间隔开的前壁和后壁，以及从所述底壁沿径向向外延伸且在所述前壁和所述后壁之间延伸的间隔开的侧壁，各个侧壁限定端面，所述护罩节段布置成使得在相邻护罩节段的所述端面之间存在间隙；

其中，各个端面包括：

沿着所述端面沿大体轴向方向延伸的轴向槽口；

第一径向槽口，其沿着所述端面沿大体径向方向延伸，并且与所述轴向槽口相交；

多个轴向花键密封件，各个轴向花键密封件接收在各对相邻端面的所述轴向槽口中；以及多个第一径向花键密封件，各个第一径向花键密封件具有L形，具有径向和轴向支腿，所述径向支腿基本上比所述轴向支腿更长，其中，所述径向支腿接收在各对相邻端面的所述第一径向槽口中，并且所述轴向支腿接收在各对相邻端面的所述轴向槽口中。

10.根据权利要求9所述的护罩设备，其特征在于：

各个端面进一步包括沿着所述端面沿大体径向方向延伸的第二径向槽口，所述第二径向槽口与所述轴向槽口相交；以及

多个第二径向花键密封件，各个第二径向花键密封件具有L形，具有径向和轴向支腿，所述径向支腿基本上比所述轴向支腿更长，其中，所述径向支腿接收在各对相邻端面的所述第二径向槽口中，并且所述轴向支腿接收在各对相邻端面的所述轴向槽口中。